5第五章 风化矿床.docx

第 五 章 风 化 矿 床、概述风化矿床是指地壳表面的岩石和矿床，在大气、水、生物等营力的机械和化学作用影 响下，发生破碎及复杂的物理-化学变化，使有用物质重新组合、调整、富集所形成的矿床 风化矿床一般未经移动或稍有移动，与原岩有密切的联系矿床分布范围与原岩出露范围 基本一致，所以风化矿床除自身具有工业价值外，常可作为寻找原生矿床的重要标志风化作用根据性质的不同可分为机械风化作用和化学风化作用机械风化作用主要使 矿石和岩石发生破碎，形成疏松的碎屑堆积体，生成残积、坡积砂矿岩石的化学风化作 用（包括生物风化作用）主要是在氧气、碳酸气、水及生物影响下发生的，其产物形成了 风化壳风化矿床通常是指风化壳中由风化产物构成的矿床风化矿床以近代（第三纪—第四纪）形成的最为重要，常形成于现在地表或近地表处 按其出露形态可分为面型（平面上呈面状，剖面上呈层状或似层状，图5-1）、线型（沿裂 隙或不同岩石的接触带分布，图5-2）、和岩溶型（位于碳酸盐岩层溶洞中，图5-3）某些 风化矿床也可以形成于过去的地质历史时期，它们保存在古风化壳中风化矿床的矿石构造多呈胶状、网状、粉末状、结核状，常具胶状及残余结构，矿石 大多疏松多孔。

矿石矿物大多为氧化物、含水氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及其他含 氧盐类矿物，部分为自然元素（金、铜等）图 5-1 面型风化矿床剖面图（据B.M斯米尔诺夫）1-覆盖层；2-赭石-粘土岩；3-含镍绿高岭石化蛇纹岩；4-含镍淋滤蛇纹岩；5-蛇纹岩风化矿床形成的主要矿床有：铁、铝、锰、镍、钴、铀、钍、金、稀土和高岭石等 风化矿床的形成条件风化矿床的形成是受原岩成分、气候条件、地貌条件、地质构造、水文地质条件和风 化时间等种种因素的控制1． 原岩（或矿床）的物质成分和性质原始岩石和矿床的矿物和化学成分对风化作用产物的性质起着十分重要的作用如超 基性岩风化后较容易形成红土型铁矿（褐铁矿）和镍矿（硅酸盐镍矿），这是因为原岩中富 含铁和镍花岗岩风化后可能形成高岭土矿床，因为花岗岩含有可分解成该种矿床的成分 （如长石等）但有时风化矿床的形成不完全取决于原岩，如 Al2O3 含量不高、甚至很低的碳酸盐岩石中若有泥质夹层时经长期和强烈的风化作用，也可以形成规模巨大的铝土矿，这是因为图 5-2 线型风化矿床剖面图 图 5-3 岩溶型风化矿床剖面图（据B.H.斯米尔诺夫） （据B.H.斯米尔诺夫）1-蛇纹岩；2-含镍淋滤蛇纹岩； 1-蛇纹岩；2-石灰岩；3-岩溶3-赭石-粘土岩；4-裂隙带 沉积物； 4-矿石碳酸盐岩石易被风化溶解，其中含铝的粘土矿物转变为铝土矿，在原地逐渐残留堆积起来 形成矿床。

不同的原岩可形成不同类型的风化矿床（见表5-1）风化矿床类型及其与原岩的关系表 5-1风化矿床类型超基性岩浆岩①Ni-Co矿床；②Pd-Pt矿床；③Fe矿床古老的浅变质条带状铁质岩风化壳型富Fe矿床（可形成大型矿床）基性岩（玄武岩）红土型铝土矿床碱性岩（霞石正长岩）风化壳型优质铝土矿床酸性花岗岩类（侵入岩及火山岩）①稀土元素风化壳矿床；②高岭土矿床碳酸盐岩类①淋积型Fe矿床；②铝土矿床2． 气候条件在气候干燥的沙漠地区，水的作用很弱，化学风化作用难以进行，风化壳主要由机械 碎屑物组成在冻土带和寒带，气温太低，化学风化作用弱，也只能形成机械碎屑物组成 的风化壳温带地区气候温和，地表长期处于湿润条件，可以形成许多风化矿床但是形 成风化矿床的最好地区是湿润炎烈的热带或亚热带地区，在该区岩石往往发生强烈的化学 风化作用，元素发生大量迁移，常形成大型铁、锰、镍、铝等风化矿床由于气候条件是 受纬度、高度以及距离海洋远近等因素的控制，因此风化矿床也常呈带状分布3． 地貌条件地形起伏不仅决定物质的侵蚀和堆积，同时也决定地下水的动态及风化壳的地球化学 特征高山地区，地形起伏大，物理风化超过化学风化，风化产物不能堆积下来；十分平 坦的地貌以及地下水面很高的环境，限制了风化壳向下发展，也不宜形成巨厚的、发育完 全的风化壳矿床；只有在丘陵地区，一方面地表水和地下水的流动缓慢，侵蚀作用比较微 弱，化学风化作用占主要地位，另一方面又可使风化产物积聚起来，在长期侵蚀和风化作 用下，形成了准平原化的地貌，有利于形成风化壳矿床。

4． 地质构造条件地貌景观最主要是由地质构造条件决定的一般来说，在强烈褶皱区，地形高峻，不 利于大规模风化矿床的形成，只有当造山区经长期侵蚀达到较平缓的地貌或准平原环境时， 才能形成大规模的风化壳矿床因此，地台区有利于大规模风化壳矿床的形成古风化壳 矿床往往产在长期沉积间断的不整合面上，如我国华北地台的奥陶系风化侵蚀面上的铁、 铝等古风化壳矿床等此外，适合的水文地质条件如具适当的岩石渗透性时，在潜水面上的通气带中，地表 水能缓慢地、长期的渗透，以及具有一个延续时间较长的、稳定的地质环境，对形成大型 风化矿床都是必要的条件三、 风化矿床的成因类型及其特征（一） 残积和坡积砂矿床地表的岩石和矿床被破碎后，可溶解的物质和较轻的微粒被流水带走，而较重的和难 溶的有用矿物残留原地富集形成残积砂矿床如由于重力作用影响，使有用物质（矿物、 岩块、矿块）沿山坡作短距离移动时，可形成坡积砂矿床残积和坡积砂矿床关系十分密 切，两者常呈渐变过渡关系，因此常称为残积—坡积砂矿床矿石矿物具有明显的棱角或 保留原有矿物的外形，矿层的分选性一般都比较差，无明显的层理主要砂矿有自然金、 锡石、铌钽铁矿，还有独居石、黑钨矿、锆石、金刚石、刚玉、水晶、石英砂等。

二） 残 余 矿 床地表岩石或矿床受化学风化作用而分解时，易溶组分被地表水或地下水带走，难溶组 分多呈胶体溶液留下，最后在原地或附近形成新的稳定矿物，当其中有用组分富集达到工 业要求时，则形成残余矿床该类矿床一般位于氧化带，矿体产状平缓，呈似层状，分布 面积大、底部界限不平直主要矿产有粘土、高岭土、铝土矿、铁矿、锰矿、镍矿和稀土 元素等残余矿床在风化矿床中占有重要的地位，较常见的有：1．粘土化作用形成的残余矿床粘土化作用是由含铝硅酸盐矿物（主要是长石）丰富的各种岩浆岩、变质岩及部分沉 积岩在温暖湿润的气候条件下，经化学风化作用，长石等矿物被分解出碱金属和碱土金属， 并被流水带走，剩下的SiO2、A12O3、Fe2O3易形成胶体溶液，其中溶胶SiO2・nH2O带负电 荷，溶胶Al2O3^mH2O和Fe2O3・pH2O带正电荷，两者相互作用，电性中和，彼此凝聚形成 各种不同的粘土矿物，如高岭石＜A12O3・2 SiO$2H2O）、多水高岭石（A12O3・2 SiO$nH2O）、 微晶高岭石和水云母等这种过程称为粘土化作用1） 残余粘土和高岭土矿床 由粘土化作用形成的各种不同粘土矿物与一些铁的氢氧化物和未分解的矿物（石英 等）以及母岩碎块等混合形成残余粘土矿床。

若粘土矿物的成分是以高岭石、埃洛石为主（90%以上），则构成残余高岭土矿床其反应式如下：K2O ・-少 SiQ+mlO+CQf AgQ SiOFlO+yq+^Qn^0钾长石 高岭石质纯、价值咼的咼岭土矿石颜色洁白，含铁量少Fe2O3 —般不超过0.7%〜1%）若受 氧化铁污染，则呈黄色或粉红色我国高岭土矿床分布广泛，闻名于世的景德镇瓷器就是 以高岭土为主要原料2） 残余型稀土矿床含稀土矿物的母岩（主要是由酸性岩浆岩如黑云母花岗岩、白云母花岗岩、二长花岗 岩和碱性花岗岩等）在地表经长期的、强烈的粘土化作用后，形成了多水高岭土和高岭土， 当介质溶液为弱酸性时，由氟碳钙铈矿、萤石、长石等矿物分解释放出来的稀土元素呈阳 离子进入溶液，并被粘土矿物所吸附，使稀土离子在风化壳中逐渐富集起来，形成残余型 稀土矿床又称离子吸附型稀土元素矿床湿热的气候、富稀土元素的花岗岩体、岩体中断裂及破碎强烈，是形成大型稀土矿床 的有利条件此类矿床是20世纪60年代末，在我国江西南部首次发现，以后在江西、广 东、湖南、福建、广西和安徽各地陆续都有发现，有巨大的经济价值2． 红土化作用形成的残余矿床红土化作用是粘土化作用更进一步发展的风化作用。

在地表环境下，粘土类矿物通常 是相当稳定的但在热带、亚热带温热的气候条件下，由于降雨量大，气候炎热，化学作 用强烈，如果地形平坦或坡度不大，则从铝硅酸盐岩石中分解出来的碱和碱土金属则不易 被地表水带出风化场所，因此溶液具碱性反应，SiO2溶胶在碱性介质中不凝结，而被潜水这样就发生了红土化作用，即带走，而溶胶Al2O3・mH2O和Fe2O3・pH2O则可在原地凝聚 粘土矿物再分解，使其氧化铝和氧化硅分离，在地表逐渐堆积起铝的氢氧化物（三水铝土 矿ai2o3・3h2o和一水铝土矿ai2o3・h2o ）和铁的氢氧化物（褐铁矿、水针铁矿、水赤铁矿 等）构成红土，形成了残余红土型铝土矿和铁矿床1） 残余红土型铝矿床 残余铝土矿矿床是由富铝贫硅的碱性岩（霞石正长岩）、基性岩（特别是玄武岩）以 及某些碳酸盐岩石经红土化作用而形成其形成过程如下：岩浆岩(K,Na,Ca,Mg,Si,Al,Fe,…)流失(去M作用)囱岭土化作用残留高岭土: Al2[Si2O5][OH]4(去硅作用) 纣，土化作用残留Al,Fe3+ Si带走铝土矿:A1（OH）3红土型铝土矿在我国主要分布在华南的福建、广东和海南等省，如福建漳浦的玄武岩 风化残留红土型铝土矿床（见实训九内容）。

2） 残余红土型铁矿床 这类矿床主要是由超基性岩经红土化作用形成由于超基性岩（橄榄岩、纯橄榄岩） 中经常含有 5%~9%以上的铁，强烈风化时，它的主要组成矿物（如橄榄石和辉石）在氧化 带发生氧化和分解出来的SiO2呈胶体或硅酸被地下水带走，低价铁被氧化，转变为高价铁 的氢氧化物和氧化物（如纤铁矿、针铁矿和含水赤铁矿等）残留地表，并在适宜条件下形 成不同规模的红土型铁矿床如果超基性岩中含镍较高，在风化作用过程中，镍以离子状 态进入溶液，被残积层中的粘土所吸附，或从胶体溶液中直接沉淀，或以次生硅酸镍矿物 富集起来，形成红土型镍矿床该类矿床矿石主要由红色、黄色、褐色的赤铁矿和针铁矿结核组成，其中混有磁铁矿、 铬铁矿、钛铁矿和金红石等，矿石中Fe的品位可达35%〜70%矿床常产于风化壳型镍矿 床的最表部三） 淋积矿床 近地表的原岩或矿体经风化分解后，一些易溶物质被淋滤到风化壳下部地下水面以下，由于介质的物理化学性质改变，通过交代作用，将其所携带的有用物质沉淀出来形成 淋积矿床在淋积矿床形成过程中，潜水运动受阻或化学环境急剧改变地段常为成矿富集 的有利地段主要矿产有铀、铜、铁等其中淋积型铀矿床可形成大型矿床。

四） 风化带次生富集矿床 内生矿床（主要是硫化物矿床）的近地表部分，在风化作用下往往可使某些元素富集而形成次生富集矿段或矿床图5-4 为铜硫化物矿床的表生作用分带示意图自地表向下 分为：1．氧化带 从地表到潜水面（地下数十米）之间的地带，由于地下水的垂直下渗，使多种金属硫化物氧化、分解近地表堆集大量褐铁矿，形成铁帽；下部为次生氧化富集带，可见到孔雀石、蓝铜矿、硅孔雀石；其次为自然铜和铜的氧化物，如赤铜矿Cu2O）、（据袁见齐等，《矿床学》，1985 ，改绘）黑铜矿（CuO）等2． 次生硫化物富集带 在潜水面以下地下水流动带的还原环境中，从氧化带中淋滤出来的硫酸盐溶液与原生金属硫化物发生交代作用，往往使有用金属元素富集几倍至几 十倍，可使原先不够品位的围岩或品位低的矿石次生富集为较高品位的矿石如斑岩型铜 矿，其原生矿石。